Des nano-ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé des robots microscopiques, appelés microrobots, capables de nager dans les poumons, d'administrer des médicaments et d'être utilisés pour éliminer des cas de pneumonie bactérienne potentiellement mortels.

Chez la souris, les microrobots ont éliminé en toute sécurité les bactéries responsables de la pneumonie dans les poumons et ont entraîné une survie de 100 %. En revanche, les souris non traitées sont toutes mortes dans les trois jours suivant l’infection.

Les résultats sont publiés le 22 septembre dans Nature Materials.

Les microrobots sont constitués de cellules d’algues dont les surfaces sont tachetées de nanoparticules remplies d’antibiotiques. Les algues assurent le mouvement, ce qui permet aux microrobots de nager et de délivrer des antibiotiques directement à davantage de bactéries présentes dans les poumons. Les nanoparticules contenant les antibiotiques sont constituées de minuscules sphères de polymère biodégradables recouvertes de membranes cellulaires de neutrophiles, un type de globules blancs. La particularité de ces membranes cellulaires est qu’elles absorbent et neutralisent les molécules inflammatoires produites par les bactéries et le système immunitaire de l’organisme. Cela donne aux microrobots la capacité de réduire les inflammations nocives, ce qui les rend plus efficaces dans la lutte contre les maladies. Infection pulmonaire.

Ce travail est le fruit d'un effort conjoint des laboratoires des professeurs de nano-ingénierie Joseph Wang et Liangfang Zhang, tous deux de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego. Wang est un leader mondial dans le domaine de la recherche en micro- et nanorobotique, tandis que Zhang est un leader mondial dans le développement de nanoparticules imitant les cellules pour traiter les infections et les maladies. Ensemble, ils ont été pionniers dans le développement de minuscules robots d'administration de médicaments pouvant être utilisés en toute sécurité dans les animaux vivants pour traiter les infections bactériennes dans le estomac et sang. Traiter les bactéries poumon les infections sont les dernières en date dans leur domaine de travail.

« Notre objectif est d’administrer des médicaments de manière ciblée dans des parties du corps plus difficiles, comme les poumons. Et nous voulons le faire d’une manière sûre, facile, biocompatible et durable », a déclaré Zhang. "C'est ce que nous avons démontré dans ce travail."

L'équipe a utilisé les microrobots pour traiter des souris atteintes d'une forme aiguë et potentiellement mortelle de pneumonie causée par la bactérie. Pseudomonas aeruginosa. Cette forme de pneumonie affecte généralement les patients qui reçoivent une ventilation mécanique en unité de soins intensifs. Les chercheurs ont administré les microrobots aux poumons des souris via un tube inséré dans la trachée. Les infections ont complètement disparu après une semaine. Toutes les souris traitées avec les microrobots ont survécu au-delà de 30 jours, alors qu'elles n'étaient pas traitées souris est décédé dans les trois jours.

Le traitement avec les microrobots était également plus efficace qu’une injection IV d’antibiotiques dans le sang. Ces derniers nécessitaient une dose d’antibiotiques 3000 500 fois supérieure à celle utilisée dans les microrobots pour obtenir le même effet. À titre de comparaison, une dose de microrobots a fourni 1.644 nanogrammes d’antibiotiques par souris, tandis qu’une injection IV a fourni XNUMX milligrammes d’antibiotiques par souris.

L’approche de l’équipe est très efficace car elle place le médicament là où il doit aller plutôt que de le diffuser dans le reste du corps.

"Ces résultats montrent comment l'administration ciblée de médicaments combinée au mouvement actif des microalgues améliore l'efficacité thérapeutique", a déclaré Wang.

« Avec une injection IV, parfois seule une très petite fraction des antibiotiques pénètre dans les poumons. C'est pourquoi de nombreux traitements antibiotiques actuels contre la pneumonie ne fonctionnent pas aussi bien que nécessaire, ce qui entraîne des taux de mortalité très élevés chez les patients les plus malades », a déclaré Victor Nizet, professeur à l'École de médecine de l'UC San Diego et à l'École Skaggs de pharmacie et des sciences pharmaceutiques, qui est co-auteur de l'étude et collaborateur médecin-scientifique de Wang et Zhang. « Sur la base de ces données sur les souris, nous constatons que les microrobots pourraient potentiellement améliorer la pénétration des antibiotiques pour tuer les agents pathogènes bactériens et sauver la vie d’un plus grand nombre de patients. »

Et si l’idée de mettre des cellules d’algues dans vos poumons vous fait dégoûter, les chercheurs affirment que cette approche est sûre. Après le traitement, les cellules immunitaires du corps digèrent efficacement les algues, ainsi que les nanoparticules restantes. "Rien de toxique n'est laissé derrière", a déclaré Wang.

Le travail est encore au stade de la preuve de concept. L’équipe prévoit de mener davantage de recherches fondamentales pour comprendre exactement comment les microrobots interagissent avec le système immunitaire. Les prochaines étapes comprennent également des études pour valider le microrobots traitement et son extension avant de le tester sur des animaux plus gros et éventuellement sur des humains.

« Nous repoussons plus loin les limites en matière de l'administration de médicaments", a déclaré Zhang.

Le document de recherche s’intitule « Microrobots modifiés par des nanoparticules pour l’administration d’antibiotiques in vivo afin de traiter la pneumonie bactérienne aiguë ».